单件式油控制环的制作方法

本发明涉及活塞环，尤其涉及单件式油控制环。

背景技术：

可以看出四冲程发动机的主要问题之一在于根据和利用曲轴箱中存在的油来控制和密封活塞环-活塞系统；这是利用活塞环实现的，活塞环应该最佳地将燃烧室与曲轴箱油密封。在这种情况下，应该注意的是，系统中需要一定的油量，以确保活塞环系统在摩擦和从来自燃烧室的气体密封方面的功能。该限定的油量应保持尽可能小，但不能抑制活塞环摩擦表面上的流体动力润滑膜。油控制环特别要确保油遗漏、功能和耐磨性之间的完美平衡。

油控制环，下面也简单地称其为油环，目前主要以lvd、lvphd发动机中的两件式或三件式设计的形式使用。在两件式环中，环承载件设计有内部弹簧。两个脊布置在活塞环的摩擦表面上，并从汽缸(缸)壁剥离多余的油，其中开口，例如以孔或狭槽形式，位于脊之间，并将多余的油从外侧输送到活塞环的内侧。脊主要在它们的高度和深度方面，以及在它们在摩擦表面上的布置方面对称地设计。内部弹簧产生将活塞环的外摩擦表面，即布置在摩擦表面的脊压在汽缸壁上所需的力。

在小型构造中，这种多件式设计与精细的制造、复杂的安装以及易损坏和磨损相关联。因此，需要一种不具有这些缺点并且产生抵靠汽缸壁的按压力的油控制环，该按压力足够均匀以满足其油控制功能。

技术实现要素：

这借助于具有环本体的单件式油控制环来实现，该环本体在圆周方向上具有恒定的径向厚度，其中通过外部凹槽彼此轴向间隔开的两个脊在圆周方向上周向地布置在环本体的外摩擦表面上，其中开口布置成从外部凹槽的底部径向延伸到环本体的内侧，其中两个内部凹槽布置在环本体的内侧上并在圆周方向上周向地延伸，其中内部凹槽中的一个相应地在每个接头端的(相应)区域开始，以及其中内部凹槽的横截面面积从环接头沿环的后部的方向减小。

根据本发明的一个方面，开口布置在从环接头测量的0°至135°和225°至360°，优选地0°至90°和270°至360°的角度范围内。

根据另一方面，内部凹槽的深度从环接头沿环的后部的方向减小。

根据另一方面，内部凹槽的深度相当于零，在从环接头测量的135°至225°的角度范围内，优选地在165°至195°的角度范围内，特别是在基本上仅包括角度180°的小的角度范围内。

根据另一方面，内部凹槽的深度与从环接头测量的角度成比例地减小。

根据另一方面，内部凹槽的开始与相应的接头端间隔开。

根据另一方面，环的内侧上的内部凹槽的轴向高度小于环的总轴向高度。

根据另一方面，环的内侧上的内部凹槽的轴向高度从环接头开始沿环的后部的方向减小。

根据另一方面，内部凹槽的最大深度介于油控制环的轴向高度的25％至100％，优选地50％至100％，特别地75％至100％的范围内。

根据另一方面，外部凹槽的深度从两个接头端开始沿环的后部的方向减小。

根据另一方面，外部凹槽的深度是恒定的，在从环接头测量的135°至225°的角度范围内，优选地在165°至195°的角度范围内，特别是在基本上仅包括角度180°的小的角度范围内。

根据另一方面，外部凹槽的深度与从环接头测量的角度成比例地减小。

根据另一方面，环本体的上半部和下半部彼此对称地实现。

按照常规术语，轴向相应地指的是活塞的对应方向，即其往复运动的方向，或指的是活塞-汽缸的对应轴线。环轴线是轴向地延伸通过环的中心的轴线，并且在安装状态下与活塞的中心轴线重合。因此，径向方向是平行于环平面并且垂直地朝向环轴线或垂直地背离该环轴线延伸的方向。轴向截面是一截面，其平面包含环轴线。

附图说明

下面参考图更详细地描述本发明的示例性实施方式，其中

图1示出了本发明的第一实施方式的俯视图和截面图示；以及

图2a和图2b示出了第二实施方式的俯视图和截面图示。

这些图仅旨在阐明本发明的基本设计，而不是以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

目前描述的油环的特征在于没有弹簧的设计，其中利用对应的配置产生所需的切向力(按压力)。选择环的膨胀和壁厚度(壁厚)，使得表面压力对应于现今的两件式或三件式油控制环。环本体的横截面借助于内部凹槽在圆周方向上对应地变化。由于环本体在圆周方向上具有恒定的径向厚度和恒定的轴向高度，内部凹槽的横截面面积为此目的在圆周方向上变化，其中油控制环的外部凹槽可以额外地变化。

图1示出了本发明的油控制环的第一示例性实施方式，其中通过改变内部凹槽的深度来实现横截面面积的变化。油控制环包括环本体1，环本体在圆周方向上具有恒定的径向厚度d和高度。在这种情况下，厚度相应地是环本体在轴向截面中的径向范围，即径向最外或径向最内的线/表面可以用作径向参考，用于确定凹槽的径向深度。

两个脊2在圆周方向上在距彼此一轴向距离处周向地布置在环本体的摩擦表面上，其中所述脊抵靠汽缸壁安置并且在安装之后满足实际的油控制功能。这些剥离脊2在环的整个圆周上延伸。开口3，例如以孔或狭槽的形式，从两个脊之间的外部摩擦表面区域，即从介于脊之间的外部凹槽4的底部，径向向内延伸通过环本体。在脊之间积聚的油可以通过这些开口3朝向活塞环的内侧输送并最终返回到曲轴箱中。

两个内部凹槽5，即内凹槽，布置在活塞环的内侧上，其中所述内部凹槽的深度ti在圆周方向上变化。在这种情况下，在圆周方向上的一角度位置(角位置)处的深度指的是在该角度位置处的轴向截面中从凹槽的径向最外点到活塞环的内侧的表面的径向最内点的径向距离，或者换句话说，指的是在该角度位置处的轴向截面中的凹槽的最大径向范围。

两个内部凹槽5相应地在两个接头端的附近的相应区域中在圆周方向上具有其最大深度。为了防止油直接从内部凹槽流动进入环接头中，如果适用，内部凹槽可以设计成使得它们从接头端开始一定距离，即薄的脊(在环上的厚度为1mm至几mm，环的直径，例如为80mm或者100mm)保留在接头端上。内部凹槽5的深度ti在环的后部的方向上减小，并且凹槽不再存在于环的后部的区域中。内部凹槽的横截面面积也由于其深度ti的减小而减小。

因此，在接头端处径向壁厚度最小，并且壁厚度在环的后部相应地增加。以这种方式，减小了在接头端的方向上的几何惯性矩，使得产生了对汽缸壁的周向均匀的接触压力，并且获得了用于实现密封所需的适应性。

在这种情况下，图1的左侧示出了在圆周方向上在不同角度位置a、b、c、d处通过内部凹槽(用虚线画出)中的一个的轴向截面5a、5b、5c、6d。内部凹槽的深度ti仅以截面5d的代表性方式示出，该截面对应于最接近环接头的角度位置d。内部凹槽在该图中示出为抛物线形，但是也可以想到不同的形状，例如，不同的圆形形状(椭圆形、圆形)、矩形凹槽或v形凹槽。在所示的抛物线形凹槽中，在距环的内侧一限定径向距离处测量的轴向高度与深度同时减小，并且因此同样有助于横截面面积的减小。如果适用，这种效果也会出现在具有不同形状(诸如v形)但不具有矩形形状的凹槽中。

内部凹槽5的深度ti从环接头开始沿环的后部的方向减小。优选地，这种减小基本上与从环接头测量的角度成比例地发生。因此选择角度刻度使得环接头位于0°处并且环的后部位于180°处。凹槽不再存在于环的后部处，即内部凹槽5的深度t1在该方位处相当于零。在环的后部(其对应于图1中的角度位置a)处，因此环的内侧在没有凹槽的情况下在一定角度范围内实现。在没有凹槽的情况下该角度范围可以是135°至225°，优选165°至195°的角度范围，特别是不超过+/-5°的小角度范围，其基本上仅包括角度180°。

在环接头附近的区域中的内部凹槽5的深度ti(凹槽在环接头中开始，即内部凹槽的最大深度，因为深度在环的后部的方向上减小)应该介于油控制环的轴向高度的25％至100％的范围内，优选地50％至100％的范围内，特别地75％至100％的范围内。内部凹槽的最大深度特别地不应超过油环的轴向高度的100％，因为否则剩余的径向环厚度变得过小并且破裂的风险增加。

用于油流(流动)的开口3仅布置在较小壁厚度的区域中。从环接头测量，为此目的提供的角度范围为-135°至+135°，即225°至360°和0°至135°，优选角度范围为-90°至+90°，即270°至360°和0°至90。由于该配置，在油控制环的外侧上产生在开口的方向上的油流；内部凹槽5导致对环后面的油流的额外的控制。

当然，凹槽的边缘不一定必须与环的上部和下部内侧边缘重合-如图所示。环的内侧的表面可以具有例如放置成平行于环轴线的上部和下部区域，即不包含凹槽，而内部凹槽仅位于介于其间的中心区域中。如果在圆周方向上一角度位置处的内部凹槽的轴向高度被定义为在该角度位置处的轴向截面中的内部凹槽的最大轴向范围，则内部凹槽的该轴向高度至少在一定角度范围内小于环的总高度。内部凹槽的轴向高度优选地从环接头开始沿环的后部的方向减小，使得内部凹槽的横截面面积也沿环的后部的方向减小，只要内部凹槽的深度不会增加。还可以想到的是，在开口的位置处减小内部凹槽的轴向高度，以便从而补偿由开口引起的在这些位置处的环本体的弱化。

此外，上环半部和下环半部优选地彼此对称地实现，即关于环高度的半部处的平面镜面对称，使得在油控制环的安装期间不发生环扭曲，并且两个脊2在圆周方向上利用均匀的表面压力抵靠汽缸壁以及相对于彼此按压。如果内部凹槽5本身对称地实现，则这通过将这些凹槽关于环本体1的轴向高度中心地布置来实现。当然，应相应地设计摩擦表面和开口3，以防止环在张力下扭曲。

图2a和图2b示出了第二示例性实施方式。参考图1的内部凹槽5的前述说明也适用于该实施方式。另外，在第二实施方式中，外部凹槽4的深度ta(其再次仅以4d的代表性方式示出)也变化。在图2a的左侧上，这在轴向截面4a、4b、4c、4d中示出，其对应于图的右侧上的角度位置a、b、c、d。在这种情况下，外部凹槽4在两个接头端处具有其最大深度，并且其深度ta从环接头开始沿环的后部的方向周向地减小，使得横截面变化。然而，在这种情况下轴向高度不变化，以便不危害脊2的油控制功能。出于同样的原因，凹槽壁优选地在径向外区域中尽可能垂直于环轴线延伸。外部凹槽4的底部可以(类似于内部凹槽5的底部)具有圆形形状(例如，如图中的抛物线形形状)或多边形形状。

外部凹槽4在环的后部的方向上深度ta的减小可以与从环接头测量的角度成比例地发生。在环的后部处的区域中，外部凹槽4可以具有应该大于零的恒定深度ta，因为否则两个剥离脊将不再存在于环的后部处，并且油环的功能将会受到很大限制。从环接头测量的具有恒定外部凹槽深度ta的该角度范围介于135°和225°之间，优选地介于165°和195°之间，特别是在基本上仅包括角度180°的小范围内。

由于外部凹槽4的该设计，在环的外侧上确保了在开口3的方向上的有目的的油流，其中所述开口优选地位于具有较小环厚度的区域中，即在环接头附近的区域中，如已经在上面描述的。由内部凹槽5的横截面面积和外部凹槽4的附加深度形成的体积也可以容纳油并且增强对油流的控制。环接头处的体积与环的后部处的体积相比增加，以便从而确保在环接头的方向上的油流，在环接头附近布置有开口。

图2b的左侧示出了通过油控制环的三个单独的轴向截面，以便进一步阐明在圆周方向上横截面的适应以及几何惯性矩的相关适应。环本体1在环接头(顶部截面)附近具有最小的壁厚度(并且因此具有最小的几何惯性矩)，并且在环的后部处具有其最大的壁厚度。以这种方式，获得了周向均匀的接触压力，而没有在两件式或三件式油控制环中使用的内部弹簧。这导致磨损减少，因为没有弹簧-环本体接触。此外，单件式配置导致简化的安装和成本降低。